Bluetooth: на пути к миру без проводов

Информационные технологии проходят сейчас новую фазу своего развития - фазу, которую называют беспроводной революцией. Ожидается, что в ближайшие годы несколько сот миллионов персональных компьютеров будут иметь в своем составе близкодействующие радио-интерфейсы.

Технология Bluetooth ("Синий зуб") - это микрорадиосвязь на расстояниях порядка 10-30 м. Проект Bluetooth был объявлен 21 мая 1998 года группой из пяти фирм: Ericsson, IBM, Intel, Nokia и Toshiba.

Что такое "Синий зуб"? Инициатива, технология или класс изделий?

Название "Синий зуб" собирательное, оно содержит в себе все это вместе взятое. Это инициатива по созданию стандартизированной технологии для разработки, производства и применения радио-трансиверов (приемо-передатчиков) на одном кристалле. Данная технология несет с собой изменения в ИТ, которые можно сравнить только с изменениями, происшедшими в результате создания интегральных схем.

Интегральная схема перенесла обработку цифровой информации на кристалл. Однако связь между приборами оставалась "тяжеловесной". "Лапша" из проводов! Ее надо ликвидировать. Сейчас именно она - главная помеха на пути дальнейшей интеграции.

"Синий зуб" - видение визионера, для реализации которого необходимо разработать ряд стандартов и организовать на их основе производство микротрансиверов, позволяющих убрать "оплетку" сегодняшних информационных сетей.

Постараемся понять сказанное. Современные Информационные Технологии в обнимку с Хирургией способны создать прямую аппаратную связь между нервной системой человека и микропроцессорным устройством. А дальше - "оплетка", многочисленные кабели, которыми микропроцессор подключается к различным датчикам звука. Тут-то на сцену и должен выйти Bluetooth, который избавит пациентов от ненужных хлопот.

Корпорация IBM не в первый раз применяет "девелопментальный" прием (от английского development - "развитие") открытости разработок, который приводит к кардинальным маркетинговым последствиям. В начале 80-х IBM выпустила свой первый персональный компьютер. Она выжидала, пока не уляжется пыль, поднятая Apple, "обогнавшей" ее на целых семь лет. В основу IBM PC был положен "стратегический" микропроцессор Intel 8086.

В персональном компьютере IBM были оставлены свободными слоты, в которые всякий мог вставлять по усмотрению свои платы. Для этого архитектура этой, казалось бы, ничем не примечательной машины, была объявлена открытой.

Это произошло в "мире капитала", умеющем защищать свою интеллектуальную собственность не только с помощью патентов и грозной правовой машины, но и путем изощренной промышленной тайны. Это был ход, противоречащий "узкоcобственническим" интересам. Щедрый "подарок", за которым последовало развитие, изменившее за прошедшие 20 лет лицо компьютерного мира.

Быстро возникла целая отрасль производства расширяющих плат. Было развязано творчество сотен тысяч инженеров и программистов по всему миру, творчество в рамках тотальной совместимости ("стандарт ПК"). Обороты фирм, лидировавших в разработке и производстве "расширяющих плат", быстро перевалили за 100 млн. долл. Движение стало всеобщим.

Персональные компьютеры развивались параллельно развитию "стратегической" линии микропроцессоров Intel, а рыночный спрос на них подогревался стремительным расширением их функциональности. Очень большая работа по стандартизации проводится Европейской Комиссией. Головная организация - Европейский институт стандартов электросвязи (ETSI - European Telecommunication Standards Institute). Это бесприбыльная организация, миссия которой состоит в разработке и принятии телекоммуникационных стандартов, которые затем на протяжении десятилетий использовались бы в Европе и за ее пределами. В ETSI входит 773 участника - организации из 52 стран. Таким образом, в ETSI представлены не только европейские страны, а основная единица представления - не страна организации-участника, а конкретная организация. ETSI финансирует рабочие программы по стандартизации.

Первоначально в движении Bluetooth были три национальных группировки: США - корпорации IBM и Intel; Скандинавия - корпорации Ericsson и Nokia; Япония - корпорация Toshiba.

Первое место в мире по "мобильной телефонизации" занимает сегодня именно Скандинавия. Процент "хозяйств" ("семей"), имеющим мобильные телефоны в 1999 году составил в Швеции 60%, а в США - 70%. Процент проникновения Internet в "хозяйства" составил в Швеции 58%, в США - 40%; эти цифры со ссылкой на Morgan Stanley и IDC приводит журнал Economist. Однако Северная Америка лидирует по числу беспроводных личных "классических" мобильных телефонов.

Только Motorola выбросила на рынок 1 млн. телефонов, способных входить в Web (Web-enabled). Еще одна американская фирма, Qualcomm является разработчиком инновационной технологии беспроводной цифровой связи CDMA (Code Division Multiple Access - "Мультидоступ на разделении кода"). Лицензия на эту технологию была продана 75 ведущим производителям телекоммуникационного оборудования по всему миру.

Одним из ярких примеров беспроводного устройства является Blackberry ("Черника"), выпущенное канадской фирмой RIM (Research in Motion - "Исследование в Движении"). Устройство размером с пейджер, позволяющее посылать и получать электронную почту, не поддерживает Bluetooth или WAP, а является примером параллельно идущего "беспроводного развития".

Соединенные Штаты обладают двумя преимуществами по отношению ко всему остальному миру.

В США создан инновационный комплекс, состоящий из тысяч исследователей, предпринимателей, венчурных капиталистов и инженеров, настроенных на внедрение новейших достижений науки в производство и выпуск на этой основе "бесконкурентных" изделий. То, что они сделали для создания Internet, они начинают делать сейчас для беспроводных телекоммуникаций. Bluetooth и другие параллельные линии развития - это переход информационных технологий на беспроводную основу.

Второе преимущество - умение мобилизовать огромные денежные ресурсы и целенаправленно ими управлять.

Спецификация Bluetooth состоит из двух частей: Core ("сердцевина") и Profiles ("профили"). Им посвящены соответственно первый и второй тома спецификации. Их объем, округленно, - 1100 и 450 страниц. Кроме того, имеется еще несколько материалов, посвященных идеологии отдельных вопросов: в том числе - бумаги по протокольной архитектуре "Синего Зуба" и по его архитектуре безопасности.

Часть Core состоит из пяти частей:
• часть А: радио спецификация;
• часть В: спецификация основной полосы;
• часть С: протокол Link Manager;
• часть D: спецификация протокола Logical Link Control and Adaptation;
• часть Е: протокол обнаружения услуг Service Discovery Protocol.

Кроме того, имеются три части добавлений, маркируемых как части: F:1, F:2, F:3, F:4; H:1, H:2, H:3, H:4; I:1, I:2, I:3, а также девять приложений: Appendix: I - IX. Дадим выборочно более подробные характеристики этих добавлений и приложений.

Часть F:1 - RFCOMM со стандартом TS 07.10.

RFCOMM - простой транспортный протокол, обеспечивающий эмуляцию последовательных портов над протоколом L2 CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol). RFCOMM основан на стандарте TS 07.10; протокол поддерживает только некоторые подмножества TS 07.10.

Часть F:2 - Интероперабельность IrDA.

Ассоциация инфракрасной передачи данных IrDA (Infrared Data Association) в апреле 1999 года выпустила спецификацию протокола IrOBEX (IrDA Object Exchange Protocol - протокол обмена объектами IrDA).

Цель документа F:2 состоит в том, чтобы сделать возможной разработку приложений, которые будут функционировать как в коротковолновом диапазоне (short-range RF), так и в инфракрасной среде (IR media). Каждая из этих двух сред имеет свои преимущества и недостатки.

Вместо того, чтобы фрагментировать область приложений, F:2 определяет "пересечение", в котором могут сходиться приложения Bluetooth и IrDA. Этим пересечением и является IrOBEX.

IrOBEX - сеансовый протокол. Этот протокол используется теперь и технологией Bluetooth, позволяя приложениям использовать либо радио-технологию самого Bluetooth, либо инфракрасную технологию IrDA. Однако хотя и IrDA, и Bluetooth рассчитаны на беспроводную связь, они имеют фундаментальные различия, относящиеся к протоколам нижнего уровня. Поэтому F:2 определяет, каким образом IrOBEX (коротко, OBEX) отображается на RFCOMM и TCP/IP. Первоначально этот протокол был разработан для обмена объектами инфракрасной связи и был помещен внутри иерархии протоколов IrDA. Однако он может появляться над другими транспортными слоями, в данном случае - над RFCOMM и TCP/IP.

Спецификация протокола IrOBEX, выпущенная ассоциацией IrDA, дает модель представления объектов и сеансового протокола, которая структурирует диалог между двумя приборами. Протокол IrOBEX следует диалоговой парадигме "запрос-ответ" (request-response) модели клиент-сервер. Bluetooth определяет IrOBEX только в режиме, ориентированном на установление соединений (connection oriented), хотя IrDA определила его и в режиме без установления соединений (connectionless). Причина в том, что IrOBEX отображается на протоколы архитектуры Bluetooth, ориентированные на установление соединений.

Часть F:3 - Спецификация протокола Telephone Control Protocol Specification.

Часть F:4 - Требование интероперабельности системы Bluetooth как носителя WAP.

Часть H:1 - Функциональная спецификация интерфейса с контроллером головной машины.

Часть H:2 - Транспортный слой HCI USB.

Этот документ рассматривает требования со стороны интерфейса универсальной последовательной шины USB к аппаратуре Bluetooth. На рис. 1 показано "место" в аппаратуре, к которому относится документ H:2. Документ рассматривает стрелку "Функции шины USB" на этой схеме (Сокращение LMP означает Link management Protocol).


Рис. 1. Транспортный слой HCI USB. Требования со стороны интерфейса универсальной последовательной шины USB к аппаратуре Bluetooth


Часть H:3 - Транспортный слой HCI RS232.

Часть Н:4 - Транспортный слой HCI UART.

Документы I:1, I:2, I:3 относятся к вопросам тестирования.

Часть I:1 - Тестовый режим Bluetooth. Конфигурация для тестового режима показана на рис. 2. Конфигурация состоит из тестируемого прибора (DUT - Devicе Under Test) и тестера.


Рис. 2. Конфигурация для тестового режима Bluetooth

Тестер и тестируемый прибор образуют пикосеть, в которой тестер играет роль ведущего устройства, а тестируемый прибор - ведомого. Тестер имеет полный контроль над всей процедурой тестирования. Контроль осуществляется через эфирный интерфейс с помощью команд протокола LMP. Аппаратные интерфейсы с тестируемым устройством могут существовать, но они не являются объектом стандартизации.

Тестовый режим является специальным состоянием модели Bluetooth.

Когда тестируемый прибор выходит из тестового режима, он входит в состояние ожидания. После отключения питания прибор должен войти в состояние ожидания. Активация прибора может выполняться локально (через аппаратный или локальный интерфейс) или через эфирный интерфейс.

В документе приводится описание тестовых команд и сценариев.

Часть I:2 - Требование совместимости со спецификацией Bluetooth.

Документ I:2 регламентирует организационные и правовые вопросы функционирования движения Bluetooth. В нем различаются две категории участников движения Bluetooth. Они подписывают соответствующие соглашения (соглашение промоутера и соглашение воспреемника) и получают те или иные лицензии.

Документ специфицирует требования, которым должно удовлетворять изделие, чтобы быть "совместимым со спецификацией". Кроме того, он дает описание Программы квалификации Bluetooth. Требования, выдвигаемые отдельными правительствами, в документ не входят.

В документе используется специальный глоссарий из 16 терминов, относящихся к совместимости, в том числе спецификация протокола, спецификация профиля, процесс квалификации Bluetooth (рис. 3).


Рис. 3. Схема квалификационного процесса Bluetooth

BQTF - установка тестирования квалификации Bluetooth Qualification Tooth Facility;
BQA - администратор квалификации Bluetooth Qualification Administrator;
BQB - квалификатор Bluetooth Qualification Bod

РЕЗЮМЕ ПРОЦЕССА КВАЛИФИКАЦИИ

Организация-воспреемник передает изделие, подлежащее квалификации Bluetooth, на тестовую установку BQTF. Изготовитель должен укомплектовать изделие временными интерфейсами и функциональными устройствами, обеспечивающими саму возможность тестирования. BQTF не обязана обеспечивать "вторичные системы", такие как локальные сети, телефонные сети общего доступа или сети GSM.

Должна быть предоставлена необходимая документация, а именно описание изделия, руководство пользователя и декларация совместимости (Implementation Conformance Statement). Установка BQTF проверяет каждую заявленную в декларации возможность "в соответствии с текущей спецификацией соответствующего теста и политикой, проводимой бюро BQRB. Результаты тестирования и документация по изделию посылаются уполномоченному лицу BQB с заявкой на включение изделия в список "Квалифицированных изделий Bluetooth".

Уполномоченное лицо BQB выпускает Записку о квалифицированном изделии и с разрешения заявителя помещает изделие в базу данных Квалифицированных изделий, в которой с ним может ознакомиться любая другая организация.

Установка BQTF может быть "тестовой палатой" третьей фирмы, или же внутрифирменным подразделением заявителя. Уполномоченное лицо BQB также может быть внешним или внутренним. Как "установка", так и "лицо" должны быть авторизованы бюро BQRD.

Услуги BQTF и BQB не являются бесплатными; заявитель возмещает им расходы и оплачивает все их услуги. Подписание соглашений с BQTF, BQB и, возможно, с BQA о неразглашении информации об изделии, входит в компетенцию заявителя. Бюро BQRD выставляет также счет за каждое квалифицированное изделие. Первоначально устанавливается плата в размере 3 тыс. долл., в дальнейшем она будет раз в год пересматриваться в соответствии с фактическими затратами.

Часть I:3 - Интерфейс управления тестированием.

Настали времена, когда каждый стремится спроектировать собственную расширяющую плату. На материнских платах и на расширяющих платах размещаются "заказные" микросхемы все более богатой функциональности.

Именно этот прием был применен и при организации движения "Синий зуб". Архитектура "с самого начала объявлена открытой. Спецификация свободно доступна в Internet (см. ). Объявлено, что название bluetooth должно писаться как единое целое и не должно переводиться на другие языки.

Название взято из истории Скандинавии. В Х веке принц Харальд, единственный брюнет ("Синий зуб") среди белобрысых викингов, объединил раздробленные Данию и Норвегию в единое государство на основе религии, которую принесли в Скандинавию христианские миссионеры. Название "Синий зуб" связывается со сменой веры и единением. Вялотекущие распри родовых кланов закончились, как закончилась вскоре и жизнь самого Харальда. Ударом дротика в спину его убил один из телохранителей его отца. "Синий зуб" - это новая "вера". Суть ее состоит в том, чтобы проводные интерфейсы, связывающие друг с другом компоненты информационных систем, заменить беспроводными.

Почему клавиатура должна подключаться к компьютеру кабелем? Гораздо удобней сделать это посредством "радио-звена" (radiolink). А если таких приборов, которые должны взаимодействовать друг с другом, набирается десяток-полтора, то вместо "оплетки" офиса многочисленными проводниками, специализированными кабелями, нужно иметь в каждом приборе свое радио-звено, приемо-передатчик, обеспечивающий связь на "микроуровне" офиса. Интерфейсные звенья должны быть надежными, простыми в использовании и дешевыми.

Искусство проектирования и изготовления элементной базы развилось настолько, что нужный радио-интерфейс стало возможным реализовать на одном кристалле. Его предстояло разработать. Этот кристалл, массовое распространение которого ожидается в ближайшее время, также называют Bluetooth; он - ключевой фактор надвигающейся цифровой экономики.
Движение Bluetooth образуют два класса фирм - "промоутеры" (promoter) и "воспреемники" (adopter). К первым относятся перечисленные выше пять фирм-основателей. Их задача - продвижение идеи и ее "обустраивание" стандартами. Воспреемники стремятся разработать свои "синезубые" изделия и продавать их. То же самое, разумеется, могут делать и сами промоутеры.

Статус воспреемника дается бесплатно при подписании заявителем "Соглашения воспреемника" (Adopter Agreement). Воспреемник получает право копировать и неограниченно распространять спецификацию Bluetooth, использовать его символику и т.п.

К концу 1998 года число воспреемников составило 300, а на 15 февраля 2000 года (к моменту открытия выставки CeBit' 2000) их было уже 1400. Прием в сообщество, как мы сказали, бесплатный. Движение стало всеобщим. На выставке в Ганновере не было, кажется, ни одной фирмы, которая не имела бы отношения к Bluetooth. Одни отвечали, что "Зуб" у них уже есть (есть разработки, прототипы и т.д.), другие, извиняясь, отвечали, что к лету будет, но никто не хотел оставаться в стороне.

Рынок "синезубых" изделий в 1999 году был равен нулю. В 2000 году ожидается рынок объемом около 40 млн. долл. Еще через пару лет он перевалит за полмиллиарда. Так "капитализм" подготавливает развитие собственного бизнеса, развитие рынков.

Многие фирмы, и даже очень крупные, поначалу раздумывавшие как им поступить, присоединились к Bluetooth. Так поступила Motorola, главный идейный соперник Intel. Дело не в валовом продукте фирмы, хотя он у Motorola перевалил за 20 млрд. долл. Motorola стоит гораздо ближе, чем Intel, к промышленности "дымовых труб". Номенклатура ее интегральных схем насчитывает десятки тысяч наименований.

Легко понять, какую роль может сыграть Motorola в движении Bluetooth. Напомним, что в 20-е годы молодая Motorola начинала свою карьеру с создания автомобильных радиоприемников. Отсюда, собственно, и пошло само ее название. Motorola - одна из тех фирм, которые "обеспечивают" инновационную модель развития экономики США. Она носитель этой модели, ее материальное воплощение.

Что касается стандартов, которые должны, в частности, обеспечивать интероперабельность приборов с Bluetooth, то, разумеется, в 1998 году их попросту не было.

Подразумевалось, что новые стандарты будут выработаны в процессе развертывания проекта. Сегодня уже говорят о стандартах de facto. Основа для производства имеется, однако "стандарты" еще не получили оформленного одобрения на уровне таких организаций, как Международный союз электросвязи.

Американцы обладают большим искусством в области разработки стандартов. Надо сказать, что эта разработка чем-то напоминает разработку законопроектов Конгрессом. В сущности, это один и тот же процесс. Нельзя иметь хороших процессов стандартизации, не имея хороших законодательных процессов. Пожалуй, самый важный фактор правовой культуры - это законодательная инициатива. Кому она принаддежит? В США - Конгрессу и только Конгрессу. В России - исполнительной власти. Но "бюрократ" - прямая противоположность "визионеру". "Бюрократы" создают законы, удобные для самих себя. Формулировка "Закона" темна, что позволяет "исполнителям" избегать ответственности. Направленность "Закона" отлична от направленности "вектора развития Государства". А само "Государство" при этом становится неуправляемым.

Отцы-основатели Соединенных Штатов были "визионерами", и самый удивительный продукт их видения - Конституция. За двести дет с момента ее написания в нее было внесено всего двадцать поправок, причем десять из них были внесены в период "опытной эксплуатации" - в первые десять лет. Каким провидением надо обладать, чтобы в последующие двести лет одна поправка вносилась в Конституцию в среднем один раз за двадцать лет!

Первоначальный проект ("билль") предается гласности в рамках Конгресса и всей страны и проходит многоэтапную, всестороннюю "утряску" на уровне комитетов Конгресса и т.д.

Проект стандарта предается гласности и подвергается всестороннему обсуждению "заинтересованными лицами". Пройдет несколько лет, прежде чем стандарт выносится на "официальное утверждение" национальными и/или международными организациями.

Между законами государства и промышленными стандартами имеется, однако, важное отличие. Фирма, не соблюдающая промышленные стандарты, жестоко наказывается рынком: ее изделия перестают покупать. "Кассеты" фирмы A не подходят к "проигрывателям" фирмы B! Стандарты соблюдать выгодно. Однако самоорганизация рынка не носит тотального характера. Определенные аспекты деятельности рынка требуют внесения в него извне "регуляционных правил" и "принуждения рынка" к их соблюдению. Прямой выгоды от соблюдения законов не наблюдается, поэтому всякое "Государство" создает аппарат законопринужнения. Пробуксовывание законов приводит к их игнорированию. Как известно, строгость российских законов смягчается "необязательностью" их исполнения.

Но вернемся к "Синему зубу".

Девять приложений, которыми заканчивается первый том спецификаций, таковы.

• Приложение I - История версий.
• Приложение II - Разработчики.
• Приложение III - Сокращения.
• Приложение IV - Образцы данных.
• Приложение V - Аудио Bluetooth.
• Приложение VI - Таймеры Bluetooth.
• Приложение VII - Опциональная схема пейджинга.
• Приложение VIII - Присвоение номера.
• Приложение IX - Последовательности сообщений.
Второй том состоит из 13 профилей:
• часть К:1 - Профиль общего доступа;
• часть К:2 - Профиль приложения обнаружения услуг;
• часть К:3 - Профиль беспроводной телефонии;
• часть К:4 - Профиль Intercom;
• часть К:5 - Профиль последовательного порта;
• часть К:6 - Профиль головного комплекта;
• часть К:7 - Профиль коммутируемого выхода на сеть;
• часть К:8 - Профиль факса;
• часть К:9 - Профиль доступа к локальной сети;
• часть К:10 - Профиль общего обмена объектами;
• часть К:11 - Профиль помещения объекта в стек;
• часть К:12 - Профиль передачи файлов;
• часть К:13 - Профиль синхронизации.
Второй том заканчивается тремя приложениями и указателем.
Спецификация Bluetooth сопровождается дополнительными документами технической политики: "Архитектура протокола Bluetooth", "Архитектура системы безопасности Bluetooth", "Архитектура слоя обнаружения услуг Bluetooth".

Часть А спецификации посвящена характеристикам трансивера, работающего на частоте 2,4 ГГц в режиме прыгающих частот. Полоса 2400-2483,5 МГц характеризуется как промышленно-научно-медицинская. В спецификации указываются особые требования отдельных регионов (Испания, Франция, Япония). Какие-либо упоминания о России отсутствуют.

Значительный интерес представляет крупная часть В. Здесь дается определение Bluetooth как радио-звена (radio-link) ближнего действия, предназначенного для замены кабелей, подключающих портативные и фиксированные электрические приборы. Bluetooth действует в нелицензируемой ISM полосе на частоте 2.4 ГГц. Для борьбы с интерференцией и федингом применяется прыгающая частота трансивера. Для полной дуплексной передачи используется схема TDD (Time Division Duplex - "дуплекс с временным разделением").

Основные функциональные блоки Bluetooth представлены на рис. 4. (см. том 1 спецификации).

Рис. 4. Основные функциональные блоки Bluetooth


Поддерживаются соединения точка-точка (участвует только два устройства Bluetooth) и соединения точка-мультиточка. В последнем случае канал делится между несколькими устройствами Bluetooth. Два или несколько устройств, разделяющих один канал, образуют пикосеть (piconet). Одно из устройств Bluetooth выступает как ведущее устройство (master) пикосети, а остальные - как ведомые (slave).

В одной пикосети активными могут быть до семи ведомых устройств. Кроме того, гораздо больше ведомых может оставаться "привязанными" к ведущему в так называемом припаркованном состоянии (parked state). Припаркованные устройства не могут быть активными в этом канале, но они остаются синхронизованными с ведущим.

Группа пикосетей с перекрывающимися зонами охвата образует скэттерсеть (scatternet). Каждая пикосеть может иметь только одно ведущее устройство, однако ведомые могут участвовать в различных пикосетях на основе мультиплексирования с временным разделением (time-division multiplex). Эти пикосети не должны быть синхронизированы ни по времени, ни по частоте (рис. 5).


Рис. 5. Cхемы пикосетей

Каждая пикосеть может иметь только одно ведущее устройство, однако ведомые могут участвовать в различных пикосетях на основе мультиплексирования с временным разделением (time-division multiplex)
(а) - схема пикосети с одним ведомым;
(б) - со многими ведомыми;
(в) - группа пикосетей с перекрывающимися зонами охвата.

Между ведущим и ведомым устройствами устанавливаются два типа связей: SCO (Synchronous Connection Oriented Link) - синхронная связь, ориентированная на установление соединений; ACL (Asynchronous Connection-less Link) - асинхронная связь без установления соединения.

SCO - это связь точка-точка между ведущим и единственным ведомым устройством в пикосети. Ведущий поддерживает связь SCO, используя зарезервированные слоты с регулярными интервалами времени. ALC - это связь точка-мультиточка между ведущим и ведомыми устройствами в пикосети.

В слотах, не зарезервированных для связи SCO, ведущий может установить связь ALC с любым ведомым, включая и тех, которые уже участвуют в некоторой связи SCO.

SCO резервирует слоты и может поэтому рассматриваться как соединение с коммутацией контуров. SCO поддерживает обмен информацией, для которой характерны временные ограничения, такой как речь. Ведущий может поддерживать до трех связей SCO с одним и тем же ведомым или с различными ведомыми. Ведомый может поддерживать три связи SCO с одним и тем же ведущим, или же две связи SCO, если они исходят от разных ведущих. Пакеты SCO никогда повторно не передаются.

Связь SCO устанавливается ведущим, посылающим сообщение установки SCO по протоколу LM (Link Manager). Это сообщение должно содержать параметры таймера - интервал передачи TSCO и сдвиг DSCO для спецификации зарезервированных слотов.

Если временной слот не зарезервирован для связи SCO, то ведущий может обмениваться пакетами с любым ведомым на послотовой основе. Таким образом, связь ACL обеспечивает коммутацию пакетов между ведущим и активными ведомыми, участвующими в пикосети. Здесь поддерживается как асинхронный режим, так и изохронный. Между ведущим и ведомым может быть только одна связь ACL. Для большинства ACL-пакетов применяют повторные передачи пакета для обеспечения целостности данных.

Из этого неполного описания связей между ведущим и ведомым видно, что в целом эта связь является очень непростой и для своей подлинной демонстрации требует построения соответствующей имитационной программы.

Дадим описание общего формата пакетов, их полей и описание типов пакетов, употребляемых для обоих видов связи SCO и ACL. В частности, в обоих видах связи употребляются пакеты типа FHS (Frequency Hopping Synchronization - "синхронизация скачков частоты"). На это наслаиваются детали вычисления кодов проверки целостности информации CRC (Cyclic Redundancy Check).

В системах Bluetooth определятся пять типов логических каналов: канал управления соединением LC (Link Control); канал передачи информации между диспетчерами связи ведущего и ведомых услуг LM (Link Manager); асинхронный и изохронный каналы пользовательских данных UA/UI; канал синхронных данных пользователя US, реализуемый на связи SCO.

Протокольная архитектура Bluetooth

При работе устройств Bluetooth используются специфические протоколы для Bluetooth и общие, используемые в различных телекоммуникационных системах. Все они образуют стек протоколов, приведенный на рис. 6.


Рис. 6. Стек протоколов Bluetooth

При работе устройств Bluetooth используются специфические протоколы и общие, используемые в различных телекоммуникационных системах, которые образуют стек протоколов
Vcard/Vcal - соглашение о внутреннем представлении объектов деловых карточек и календарных объектов;
OBEX - протокол обмена объектами Object Exchange Protocol;
WAE - среда беспроводных приложений Wireless Application Environment;
WAP - протокол беспроводных приложений Wireless Application Protocol;
UDP - протокол дейтаграмм пользователя User Datagram Protocol;
TCP - протокол передачи транспортного уровня Transport Control Protocol;
PPP - протокол точка-точка Point-to-Point Protocol;
RFCOMM - протокол эмуляции последовательного канала;
AT-command - модемные команды;
TCS BIN - спецификация телефонного управления Telephony Control Specification;
SDP - протокол обнаружения услуг Service Detection Protocol;
L2CAP - протокол управления логическими подключениями и адаптацией Logical
Link Control and Adaptation Protocol;
LMP - протокол диспетчера подключений Link Manager Protocol;
HCI - интерфейс с контроллером головной машины Host Controller Interface

Примером вертикального списка протоколов может служить список vCard/vCal > OBEX > RFCOMM > L2CAD > Baseband, который используется в протокольных задачах обмена информацией о деловых карточках. Этот протокольный стек содержит соглашение о внутреннем представлении объектов (vCard) и протокола передачи через эфир (остальная часть стека).

Различные приложения могут использовать различные протокольные стеки. Тем не менее, каждый их этих стеков использует передачу данных (data link) и физический слой, общий для Bluetooth. Смысл каждого из протоколов, специфических для Bluetooth, может быть объяснен отдельно. Все они были разработаны группой специальных интересов Bluetooth SIG. Протоколы RFCOMM и бинарный протокол управления телефонией TCS BIN также были разработаны этой группой, но они основаны, соответственно, на стандарте ETSI TS 07.10 и на рекомендации Q.931 Международного союза электросвязи.

Протокольный стек Bluetooth может быть разделен на 4 слоя (таблица).


Таблица. Протокольный стек Bluetooth

Помимо этих протокольных слоев спецификация Bluetooth определяет также интерфейс контроллера головной машины (HCI - Host Controller Interface), который дает командный интерфейс к контроллеру базовой полосы (baseband controller), диспетчеру соединений (link manager), и доступ к аппаратным регистрам статуса и управления.

Три слоя - слой замены кабеля, слой контроля телефонии и слой воспринятых протоколов (adapted protocol layer) - совместно определяют совокупность протоколов, ориентированных на приложения, которые позволяют прикладным задачам исполняться над корневыми протоколами Bluetooth.

Спецификация Bluetooth является открытой и дополнительные протоколы (например, HTTP, FTP и т.д.) могут быть подключены поверх специфических транспортных протоколов Bluetooth или поверх протоколов, ориентированных на приложения.

Корневые протоколы Bluetooth требуются для большинства приборов, тогда как остальные протоколы используются только там, где они нужны.

КОРНЕВЫЕ ПРОТОКОЛЫ BLUETOOTH

Базовая полоса


Базовая полоса и уровень управления подключениями Link Control Layer обеспечивают физическую радиочастотную связь между устройствами Bluetooth, образующими пикосеть. Поскольку радиочастотная система Bluetooth является системой прыгающей частоты распределенного спектра, внутри которой пакеты передаются в определенные временные интервалы на определенных частотах, этот уровень использует процедуры опроса и пейджинга для синхронизации (согласования) прыгающей частоты передачи и таймеров различных приборов Bluetooth.

Этот уровень предоставляет два различных способа физического подключения с соответствующими пакетами базовой полосы - синхронным, (SCO) и асинхронным (ACL).

Протоколы могут передаваться в режиме мультиплексирования по одному и тому же радио-звену (RF link). ACL-пакеты используются только для передачи данных, тогда как SCO-пакет может содержать только аудионформацию, или же представлять собой смесь аудио и данных. Для каждого типа данных, включая сообщения об управлении подключениями и контроле, выделяются специальные каналы.

Модель работы с аудио в Bluetooth сравнительно проста и два устройства Bluetooth могут посылать аудио-данные друг другу и получать их, просто открыв аудио-звено (audio link).

Протокол диспетчера подключений

Протокол диспетчера подключений (LMP - Link Manager Protocol) ответственен за установление подключений между устройствами Bluetooth. Сюда же относятся вопросы безопасности, такие как аутентификация и шифрования, связанные генерированием ключей шифрования и подключения, а также с обменом ключами и их проверкой.

Кроме того, менеджер подключений контролирует режимы питания и исполнительные циклы приборов Bluetooth, а также состояние подключения того или иного прибора к пикосети.

Протокол управления логическим подключением и адаптацией

Протокол управления логическим подключением и адаптацией (L2CAP - Logical Link Control and Adaptation Protocol) адаптирует протоколы верхнего уровня над базовой полосой.

Протокол L2CAP обеспечивает услуги как для данных, ориентированных на режим с установлением соединения, так и для режима без установления соединения, для протоколов верхнего уровня; он может мультиплексировать протоколы, выполнять операции сегментирования, ассемблирования и групповой абстракции. L2CAP позволяет протоколам верхнего уровня и прикладным задачам передавать и получать пакеты L2CAP данных размером до 64 Кбайт.

Хотя протокол базовой полосы обеспечивает связи SCO и ACL, протокол L2CAP определен только для ACL-соединений, никаких спецификаций для SCO-соединений не вводится.

Протокол обнаружения услуг

Обнаружение услуг (Service Discovery) является критической частью всей схемы Bluetooth. Обнаружение лежит в основе всех моделей использования этих технологий.

Используя протокол Service Discovery Protocol, можно запросить информацию о самом приборе, о его услугах и о характеристиках этих услуг, а после этого может быть установлено соединение между двумя или несколькими приборами Bluetooth.

Протокол, заменяющий кабель

Протокол RFCOMM является протоколом эмуляции последовательной линии. Этот протокол, "заменяющий" кабель, эмулирует линии управления и данных протокола RS-232, но в базовой полосе Bluetooth. Он обеспечивает также транспортировку при выполнении услуг верхнего уровня, которые используют последовательную линию как транспортный механизм.

Контроль телефонии

Двоичный протокол управления телефонией (TCS Binary или TCS BIN) - протокол, ориентированный на биты. Он определяет контроль сигнализации вызова для установления речевого вызова или вызова данных между устройствами Bluetooth. Вдобавок он определяет процедуры управления мобильностью при манипулировании с группами TCS-приборов Bluetooth.

Управление телефонией - команды АТ

Группа специальных интересов Bluetooth SIG определила набор АТ-команд, с помощью которых можно управлять мобильным телефоном или модемом в режиме моделей мультииспользования.

Команды, используемые при FAX-услугах, специфицируются реализацией. Это могут быть FAX-услуги класса 1.0 и класса 2.0.

ЗАИМСТВОВАННЫЕ ПРОТОКОЛЫ

Протокол точка-точка


В технологии Bluetooth протокол PPP (point-to point protocol) должен работать "поверх" RFCOMM. Соединения PPP служат средством, позволяющим перемещать IP-пакеты с уровня РРР на уровень локальных сетей.

Протокол TCP/UDP/IP

В настоящее время семейство протоколов TCP/IP используется наиболее широко во всем мире. Стеки TCP/IP установлены на самых разных устройствах. Встраивание этих стандартов в приборы Bluetooth позволяет осуществлять связь с любым другим устройством, подключенным к Internet. Такой прибор Bluetooth, будь то сотовый головной комплект "наушники-микрофон" или точка доступа к данным, используется затем как "мостик" к Internet.

TCP/IP/PPP используется во всех сценариях спецификации Bluetooth 1.0 как мостик к Internet, а также как транспортный механизм для протокола WAP.

Протокол OBEX

Протокол IrOBEX (Infrared Objet Exchange Protocol) или, короче, OBEX, является сеансовым протоколом, разработанным ассоциацией IrDA для простого, поэтапного обмена объектами. OBEX, обеспечивающий функциональность, сходную с НТТР, использует модель клиента-сервера не зависит ни от транспортного механизма, ни от транспортного API-интерфейса. Наряду с самим протоколом - "грамматикой" для ОВЕХ-переговоров между приборами - ОВЕХ дает также модель для представления объектов и операций. Вдобавок ОВЕХ определяет оглавление папок, который используется для просмотра содержимого папок, находящихся на удаленных устройствах.

На первом этапе протокол RFCOMM используется как единственный транспортный слой для ОВЕХ; более поздние реализации скорее всего будут поддерживать в качестве транспорта также и TCP/IP.

Формат содержимого

Форматы vCard (обмен электронными деловыми карточками) и vCalendar (обмен электронными календарными данными) являются открытыми спецификациями, которые были разработаны консорциумом Versit и контролируются сегодня консорциумом Internet Mail. Сами по себе vCard и vCalendar не определяют никакого транспортного механизма. Они определяют только форматы данных, которые должны транспортироваться.

Два других формата содержимого, которые передаются протоколом OBEX, - это форматы vMessage ("сообщение") и vNote ("заметка"). Они также являются открытыми стандартами и используются для обмена сообщениями и замечаниями. Они определены в спецификации Инфракрасных мобильных коммуникаций (IrMC - Infrared Mobile Communications). Там же определен формат журнальных файлов, который необходим для синхронизации данных между отдельными приборами.

Протокол беспроводных приложений

Протокол беспроводных приложений (WAP - Wireless Application Protocol), разработанный Форумом WAP, должен работать в самых разнообразных беспроводных сетях.

Цель состоит в том, чтобы распространить содержимое сети Internet и ее телефонные услуги на цифровые сотовые телефоны и на другие беспроводные терминалы (рис. 7).


Рис. 7. Протокольный стек WAP

WAE - среда беспроводных приложений (Wireless Application Environment);
WSP - протокол беспроводного сеанса (Wireless Session Protocol);
WTR - протокол беспроводных транзакций (Wireless Transaction Protocol);
WTLS - безопасность уровня беспроводных транзакций (Wireless Transaction Level Security);
WDP - транспортный уровень;
CDMA - множественный доступ с разделением кода (Code Division Multiple Access); стандартизован в 1993 году Американской телекоммуникационной промышленной ассоциацией в виде стандарта IS-95;
CDPD - пакетная передача данных в сотовых сетях (Cellular Digital Packet Data). Эта цифровая технология для передачи пакетных данных через эфир использует ту же инфраструктуру, что и сама сотовая связь (19,2-килобитные каналы для передачи голоса), вставляя пакетные данные в перерывах между разговорами.

Идея, стоящая за разработкой WAP, - повторно использовать приложения верхнего уровня, разработанные для среды WAE (WAP Application Environment).

К таким приложениям относятся браузеры WML и WTA, способные взаимодействовать с приложениями на ПК. Построение шлюзов для приложений, обеспечивающих связь между WAP-серверами и приложениями на ПК позволяет реализовать различные виды "скрытой" функциональности, такие как дистанционное управление, передача данных с ПК на телефонную гарнитуру и т.д.

МОДЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Использование "Синего Зуба" облегчается разработкой моделей использования. Каждая модель использования сопровождается ее "профилем". Профиль определяет протоколы и их специальные свойства (feature), поддерживающие данную модель использования.

Группа специального интереса Bluetooth SIG определила значительный набор моделей использования совместно с их профилями.

Кроме того, имеются четыре профиля "общего назначения", которые широко используются в более специальных профилях.

К ним относятся:
• GAP - типовой профиль доступа;
• SPP - профиль последовательного порта;
• SDAP - профиль обнаружения прикладных услуг;
• GOEP - профиль общего назначения для обмена объектами.
ЗАВЕРШЕНИЕ ПРОТОКОЛЬНОЙ АРХИТЕКТУРЫ BLUETOOTH

Протоколы Bluetooth предназначены для быстрой разработки прикладных задач, использующих эту технологию. Нижние уровни протокольного стека Bluetooth спроектированы так, чтобы обеспечить гибкую основу для дальнейшей разработки протоколов. Другие протоколы, такие как RFCOMM, полученные адаптацией существующих протоколов, которые лишь слегка модифицируются для этих целей. Протоколы верхнего уровня используются без модификации. Благодаря такому подходу существующие прикладные задачи могут использоваться для работы с технологией Bluetooth, а интероперабельность достигается с минимальными усилиями. getQuotation();






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.